Java中byte门类学习及DES代码
Java中byte类型学习及DES代码
最近在看DES加密算法的java版本，看到好多对byte类型负数的转化，之前一直以为byte是unsigned 的，后来经过查阅得知，java没有unsigned数据类型的，所有类型的数据都是进行的signed运算的，所以在以后使用无符号类型时都要记着要手动写函数转化，经过这一遭，对java的理解又深了一步
下面是DES的代码，与大家分享（以下是我调试通过的，可以直接运行的）
最近在看DES加密算法的java版本，看到好多对byte类型负数的转化，之前一直以为byte是unsigned 的，后来经过查阅得知，java没有unsigned数据类型的，所有类型的数据都是进行的signed运算的，所以在以后使用无符号类型时都要记着要手动写函数转化，经过这一遭，对java的理解又深了一步
下面是DES的代码，与大家分享（以下是我调试通过的，可以直接运行的）
package com.mz.file;
public class DESEncrypt {
//十六进制符号表
static final char[] hex = new char[] {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'};
//默认密钥
private String encryptKey = "abcd1234";
//密钥缩位映射表1，共56位
//左边28位
static final int []keyMapC1 =new int[]{57,49,41,33,25,17,9,
1,58,50,42,34,26,18,10,2,59,51,43,35,27, 19,11,3,60,52,44,36
};
//右边28位
static final int []keyMapD1 = new int[]{63,55,47,39,31,23,15,
7,62,54,46,38,30,22,14,6,61,53,45,37,29,21,13,5,28,20,12,4
};
//密钥缩位表2，共48位
static final int []keyMap2 = new int[]{14,17,11,24,1,5,
3,28,15,6,21,10,23,19,12,4,26,8,16,7,27,20,13,2,
41,52,31,37,47,55,30,40,51,45,33,48,44,49,39,56,34,53,
46,42,50,36,29,32
};
//密钥变换循环移位表,16位
static final int []ccmovebit = new int[]{1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};
//密钥产生过程中使用的临时数组
private int [][]C = new int[17][28];
private int [][]D = new int[17][28];
private int [][]keyMap = new int[17][48];
//开始S盒加密时换位表1,64位
static final int ip[] = {58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,
62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,
57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,
61,53,45,37,29,21,13,5, 63,55,47,39,31,23,15,7
};
//结束S盒加密时换位表2,64位
static final int _ip[] = {40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,
38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,
36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27,
34,2,42,10,50,18,58,26,33,1,41,9,49,17,57,25
};
//放大换位表: 32bit->48bit
static final int e[] = {32,1, 2, 3, 4, 5,4, 5, 6, 7, 8, 9,
8, 9, 10,11,12,13,12,13,14,15,16,17,
16,17,18,19,20,21,20,21,22,23,24,25,
24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32,1
};
//缩小换位表：48bit->32bit
static final int e2[] = {16,7,20,21,29,12,28,17,1,15,23,26,
5,18,31,10,2,8,24,14,32,27,3,9,19,13,30,6,22,11,4,25
};
//S盒矩阵
static final int sBoxMetrix[][][]= new int[][][]{
{
{14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7},
{0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8},
{4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0},
{15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13}
},
{
{15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10},
{3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5},
{0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15},
{13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9}
},
{
{10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8},
{13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1},
{13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7},
{1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12}
},
{
{7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15},
{13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9},
{10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4},
{3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14}
},
{
{2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9},
{14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6},
{4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14},
{11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3},
},
{
{12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11},
{10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8},
{9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6},
{4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13}
},
{
{4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1},
{13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6},
{1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2},
{6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12}
},
{
{13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7},
{1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2},
{7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8},
{2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11}
}
};
/**
* 描述： 构造方法，使用默认密钥--abcd1234
*/
DESEncrypt(){
genSubKey();
}
/**
* 描述： 构造方法
* @param key 指定加密密钥
*/
DESEncrypt(String key){
this.encryptKey = key;
genSubKey();
}
/**
* 描述：将Byte数组存储Bit型数据转换为Byte数组存储的Byte型数据
* 作者：李海伟
* 时间：2012-3-16 上午11:38:40
* @param a 存储Bit型数据的数组
* @param b 存储Byte型数据的数组
*/
private void bit2Byte(byte[] a,byte[] b){
int i=0,value=0,base=0;
for(i=0;i<b.length;i++){
base = i*8;
value = a[base+0]*128 + a[base+1]*64 + a[base+2]*32 + a[base+3]*16 + a[base+4]*8 + a[base+5]*4 + a[base+6]*2 +a[base+7]*1;
b[i] = (byte)value;
}
}
/**
* 描述：将ASCII码字符串转换为二进制数组
* 作者：李海伟
* 时间：2012-3-7 下午03:44:44
* @param bit 8字节的源字符串
* @param des 转换后的二进制串（位码由高到低排列）
* @return
*/
private void ASCII2Bit( byte bit[],byte des[])
{
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<8;j++){
des[i*8+j] = (byte)((bit[i] >> (7-j))&0x01);
}
}
}
/**
* 描述：将二进制数组转化为十六进制字符串
* 作者：李海伟
* 时间：2012-3-14 下午04:42:31
* @param a 以byte数组存储的二进制数据
* @return 十六进制的字符串
*/
private String bit2Hex(byte[]a){
String strRtn = "";
int length = a.length;
int i=0,value=0;
for(i=0;i<length;i+=4){
int baseIndex = i;
value = a[baseIndex+0]*8+a[baseIndex+1]*4+a[baseIndex+2]*2+a[baseIndex+3]*1;
strRtn += hex[value];
}
return strRtn;
}
/**
* 描述：把十六进制的字符串转换为比特串
* 作者：李海伟
* 时间：2012-3-16 上午10:18:41
* @param hex
* @param bit
*/
private void hex2Bit(String hex,byte []bit){
String strTmp ="";
int i = 0;
for(i=0;i<hex.length();i++){
switch(hex.charAt(i))
{
case '0':
strTmp += "0000";
break;
case '1':
strTmp += "0001";
break;
case '2':
strTmp += "0010";
break;
case '3':
strTmp += "0011";
break;
case '4':
strTmp += "0100";
break;
case '5':
strTmp += "0101";
break;
case '6':
strTmp += "0110";
break;
case '7':
strTmp += "0111";
break;
case '8':
strTmp += "1000";
break;
case '9':
strTmp += "1001";
break;
case 'A':
strTmp += "1010";
break;
case 'B':
strTmp += "1011";
break;
case 'C':
strTmp += "1100";
break;
case 'D':
strTmp += "1101";
break;
case 'E':
strTmp += "1110";
break;
case 'F':
strTmp += "1111";
break;
}
}
for(i=0;i<strTmp.length();i++){
bit[i]=(byte)(strTmp.charAt(i)-48);
}
}
/**
* 描述：根据给定的字符串生成加密秘钥
* 作者：李海伟
* 时间：2012-3-14 下午01:53:16
* @param oldKey
* @param newKey
*/
private void genSubKey(){
int i, k, rol = 0;
int []tmp = new int[56];
//16次循环左移对应的左移位数
byte []oldKey = this.encryptKey.getBytes();
byte[] oldkey_byte = new byte[64];
ASCII2Bit(oldKey, oldkey_byte);
//IP变换,分为C,D两部分
for(i=0;i<28;i++){
C[0][i] = oldkey_byte[keyMapC1[i]-1];
}
for(i=0;i<28;i++){
D[0][i] = oldkey_byte[keyMapD1[i]-1];
}
//分别生成16个子密钥
for(i = 1; i < 17; i++)
{
//循环左移
rol = ccmovebit[i-1];
//合并左移后的结果
for(k = 0; k < 28; k++){
C[i][k] = C[i-1][(k+rol)%28];
D[i][k] = D[i-1][(k+rol)%28];
}
//合并C和D
for(k=0;k<28;k++){
tmp[k] = C[i][k];
tmp[k+28] = D[i][k];
}
//位变换
for(k = 0; k < 48; k++)
keyMap[i][k] = tmp[keyMap2[k] - 1];
}
}
/**
* 描述：进行S盒变换
* 作者：李海伟
* 时间：2012-3-16 上午09:36:26
* @param n 第n轮加密
* @param ll 加密前左部分
* @param rr 加密前右部分
* @param LL 加密后左部分
* @param RR 加密后右部分
*/
private void F_Sbox(int n, byte[] ll, byte[] rr, byte[] LL, byte[] RR){
int i, j,y,z,k,m;
byte[] buffer = new byte[64], tmp = new byte[32],rtnByte = new byte[8] ;
for (i = 0; i < 48; i++) //明文32比特变48比特
buffer[i] = rr[e[i] - 1];
//Ri与Ki进行不进位加法
for (i = 0; i < 48; i++)
buffer[i] = (byte) ((buffer[i] + (byte)(keyMap[n][i]))& 0x01);
m=0;
for(i=0;i<8;i++){
j = 6 * i;
y = (int)buffer[j]*2 + (int)buffer[j+5];
z = (int)(buffer[j + 1] * 8 + buffer[j + 2] * 4 + buffer[j + 3] * 2+ buffer[j + 4]);
rtnByte[i] = (byte)(sBoxMetrix[i][y][z]);
y = 3;
for (k = 0; k < 4; k++) {
tmp[m++] = (byte)((rtnByte[i] >>> y) & 0x01);
y--;
}
}
for (k = 0; k < 32; k++)
buffer[k] = tmp[e2[k] - 1];
for (k = 0; k < 32; k++)
RR[k] = (byte)((buffer[k] + ll[k]) & 1);
for (k = 0; k < 32; k++)
LL[k] = rr[k];
}
/**
* 描述：分块对明文加密，每块包含8个字节
* 作者：李海伟
* 时间：2012-3-14 下午04:59:20
* @param m_byte
* @return
*/
private String encryptByBlock(byte[]m_byte){
byte [] t_bit = new byte [64];
byte[] l_byte = new byte[32];
byte[] r_byte = new byte[32];
byte[][] l_bit = new byte[17][32];
byte[][] r_bit = new byte[17][32];
byte []c_bit = new byte[64];
byte[] e_bit = new byte[64];
//数组初始化
int i, j;
//将待加密字串变换成01串
ASCII2Bit(m_byte, t_bit);
//按照ip表对待加密字串进行位变换,分为左右两部分
for(i = 0; i < 32; i++) {
l_byte[i] = t_bit[ip[i]-1];
r_byte[i] = t_bit[ip[i+32]-1];
}
//16轮加密
for(i=1;i<17;i++){
F_Sbox(i, l_byte, r_byte, l_bit[i], r_bit[i]);
for (j = 0; j < 32; j++) {
l_byte[j] = l_bit[i][j];
r_byte[j] = r_bit[i][j];
}
}
//组合最终迭代结果并第二次IP变换
for(i=0;i<32;i++){
c_bit[i] = r_bit[16][i];
c_bit[i+32] = l_bit[16][i];
}
for(i = 0; i < 64; i++) {
e_bit[i] = c_bit[_ip[i]-1];
}
String encryptText = bit2Hex(e_bit);
return encryptText;
}
/**
* 描述：分块解密密文数据
* 作者：李海伟
* 时间：2012-3-16 上午11:34:42
* @param enTxt
* @param b
*/
private void dencryptByBlock(String txt,byte []b,int k){
int i, j;
byte[] l_byte = new byte[32];
byte[] r_byte = new byte[32];
byte[][] l_bit = new byte[17][32];
byte[][] r_bit = new byte[17][32];
byte []c_bit = new byte[64];
byte[] e_bit = new byte[64];
byte []enTxt = new byte[64];
//按照ip表对待解密字串进行位变换,分为左右两部分
hex2Bit(txt,enTxt);
for(i = 0; i < 32; i++) {
l_byte[i] = enTxt[ip[i]-1];
r_byte[i] = enTxt[ip[i+32]-1];
}
//16轮解密
for(i=16;i>0;i--){
F_Sbox(i, l_byte, r_byte, l_bit[i], r_bit[i]);
for (j = 0; j < 32; j++) {
l_byte[j] = l_bit[i][j];
r_byte[j] = r_bit[i][j];
}
}
//组合最终迭代结果并第二次IP变换
for(i=0;i<32;i++){
c_bit[i] = r_bit[1][i];
c_bit[i+32] = l_bit[1][i];
}
for(i = 0; i < 64; i++) {
e_bit[i] = c_bit[_ip[i]-1];
}
for(i=0;i<64;i++){
b[i]=e_bit[i];
}
}
/**
* 描述：对传入的明文字符串进行加密
* 作者：李海伟
* 时间：2012-3-15 上午09:51:19
* @param txt 待加密明文字符串
* @return 加密后的密文字符串
*/
public String encrypt(String txt)
{
int dataLen = txt.length();//待加密数据的长度
byte []in = txt.getBytes();
byte te8bit[]=new byte[]{0,0,0,0,0,0,0,0};
// 这是待加密字串的调整长度
// 如果原始长度是8的整数倍，则调整长度的值和原来的长度一样
// 如果原始长度不是8的整数倍，则调整长度的值是能被8整除且不大于原来长度的最大整数。
//也就是不需要补齐的块的总长度。
int te_fixlen = dataLen - (dataLen % 8);
// 将待加密密文以8为单位分段，把最后长度不足8的一段存储到te8bit中。
for(int i = 0; i < (dataLen % 8); i++)
te8bit[i] = in[te_fixlen + i];
String strRtn = "";
// 将待加密字串分以8字节为单位分段加密
byte src[]= new byte[8];
for(int i = 0; i < te_fixlen; i += 8)
{
for(int k=0;k<8;k++)
{
src[k] = in[i+k];
}
strRtn += encryptByBlock(src);
}
// 如果待加密字串不是8的整数倍，则将最后一段补齐（补0）后加密
if(dataLen % 8 != 0)
strRtn += encryptByBlock(te8bit);
return strRtn;
}
/**
* 描述：对传入密文进行解密操作，并返回原文
* 作者：李海伟
* 时间：2012-3-19 上午10:11:31
* @param m_txt 密文字符串
* @param len 原文长度
* @return
*/
public String dencrypt(String m_txt,int len)
{
byte b_bit[] = new byte[64],a_byte[]= new byte[8],c_byte[] = new byte[len];
int i=0,j=0,k=0;
for(i=0;i<m_txt.length();i=i+16)
{
dencryptByBlock(m_txt.substring(i, i+16), b_bit,1);
bit2Byte(b_bit,a_byte);
k=0;
while((j<len)&&(k<a_byte.length)){
c_byte[j++] = a_byte[k++];
}
if(!(j<len))
{
break;
}
}
return new String(c_byte);
}
/**
* 描述：以字符串形式返回当前使用的密钥
* 作者：李海伟
* 时间：2012-3-15 上午11:25:52
*/
public String getKey(){
return this.encryptKey;
}
public void test (){
byte []a= new byte[32*4];
String srcStr = "0020321745";//002032174
String str=encrypt(srcStr);
System.out.println("原文：["+srcStr+"]\n加密后的密文：["+str+"]");
String srcStr2 = dencrypt(str,srcStr.getBytes().length);
System.out.println("解密后的原文："+srcStr2);
}
public static void main(String []args){
DESEncrypt des = new DESEncrypt("abcdabcd");
des.test();
System.out.println("excute success!");
}
}